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Les Led du futur seront-elles ultraminces grâce au phosphorène ?

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Plusieurs cousins du graphène sont à l'étude et certains pourraient le détrôner dans certains domaines. On étudie ainsi depuis quelque temps le potentiel du phosphorène qui est naturellement un semi-conducteur, contrairement au graphène qui ne l'est qu'après modification. Des feuillets de phosphorène sont prometteurs pour la réalisation de nouvelles Led ainsi que des cellules solaires ultrafines.

Les Led bleues sont en passe de bouleverser l'avenir de l'humanité de la même façon que la lampe à incandescence d'Edison l'a fait au siècle dernier. Leur découverte méritait bien un prix Nobel. La technologie des Led pourrait être impactée par le phosphorène dans un avenir proche. © Wikipédia, Gussisaurio, cc by sa 3.0

Le phosphorène fait parler épisodiquement de lui depuis quelque temps. Comme son nom le laisse deviner, c'est un cousin du graphène. Il s'agit donc de feuillets de l'épaisseur d'un atome. Remarquablement, on peut le fabriquer avec l'aide d'un ruban de scotch, comme le graphène. Le cas est affectivement très similaire car si le graphène peut être obtenu à partir d'une forme allotropique du carbone (le graphite), le phosphorène s'obtient par exfoliation d'une des formes allotropiques du phosphore, le phosphore noir. Rappelons que l'on désigne par formes allotropes d'un même corps simple ses formes cristallines ou moléculaires différentes. Un exemple frappant de formes allotropes est celui du graphite et du diamant.

Un échantillon de phosphore noir. Ce matériau est peut-être la clé d'un nouveau bond technologique pour les ordinateurs en remplacement du silicium des puces. © Alshaer666, Wikimedia Commons, cc by sa 3.0

L'optronique pourrait remplacer le silicium par le phosphore noir

Mais d'où vient l'intérêt pour le phosphorène dans les laboratoires de par le monde ? La réponse est la même que pour le graphène : son potentiel pour une nouvelle électronique capable de détrôner celle basée sur le silicium. Mais le graphène n'est pas directement un semi-conducteur, un gros handicap pour en faire des transistors. Comme il était clair que les gains en vitesse de conduction des électrons dans le graphène étaient liés à sa structure 2D particulière, les physiciens du solide ont étudié d'autres éléments du tableau de Mendeleïev proches du carbone et du silicium.

Cette quête les a conduits vers le phosphore noir obtenu en chauffant du phosphore blanc sous haute pression. Il possédait en effet plusieurs caractéristiques faisant penser à celles du graphite : il est noir, floconneux, formé d'un empilement de feuillets et conducteur d'électricité.

Une présentation des recherches sur le phosphorène. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle avec deux barres horizontales en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître, si ce n'est pas déjà le cas. En cliquant ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, vous devriez voir l'expression « Traduire les sous-titres ». Cliquez pour faire apparaître le menu du choix de la langue, choisissez « français », puis cliquez sur « OK » © ANU Channel, YouTube

Des physiciens de l'ANU (Australian National University) viennent d'annoncer dans une publication du journal Nature une intéressante découverte survenue alors qu'ils étudiaient des empilements de quelques feuillets de phosphorène. Ils cherchaient avant tout à mieux comprendre le comportement des excitons, des quasiparticules neutres qui peuvent se former dans les feuillets de phosphorène et qui sont impliqués dans les interactions entre la matière et la lumière dans beaucoup de matériaux en optoélectronique. Elles interviennent aussi dans la photosynthèse.

Les chercheurs de l'ANU se sont rendu compte qu'ils possédaient des propriétés d'émission et d'absorption de la lumière intéressantes qui variaient en fonction du nombre de couches de phosphorène empilées. Il suffit de changer le nombre de feuillets pour modifier la longueur d'onde de la lumière émise par exemple. Des matériaux à base de phosphorène ouvriraient donc la voie à la réalisation de Led et de cellules solaires ultraminces et ultralégères.

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